Разработка низкочастотных кавитационных устройств для мойки поверхностей деталей машин и приборов

жидкостей и многофазных сред производят смешивание или диспергирование эмульсий (например, отмывка алмазных порошков от примесей, промывку продуктивных пластов эксплуатационных скважин при бурении), ускоряются химические реакции. Обнаружены «звукохимические» реакции, которые не протекают вне акустического воздействия. Акустические эффекты апробированы также при промывке (очистке) деталей, разделении породы в горном деле, нанесении электролитических покрытий (хромирование, никелирование), усилении фонтанирования нефтяных скважин, осветлении промышленных стоков и др. Наиболее широкое распространение в технике получили промышленные ванны для промывки деталей, где высокое качество очистки поверхностей достигается в полосе ультразвука 20-40 кГц.

В СамГТУ разработана кавитационная моющая установка, работающая в низкочастотном диапазоне (100-200 Гц). При подборе амплитуды возмущающего воздействия, наряду с кавитацией здесь создаются мощные ком-мулятивно направленные струи макроскопических размеров, в то время как кавитационные пузырьки имеют микроскопический масштаб при взаимодействии с твердыми телами и поверхностями раздела. Предполагается также, что здесь проявляются так называемые силы Бьеркенса, возникающие между телами, если хотя бы одно из них пульсирует. В связи с этим разработан частотный мультипликатор, отвечающий требованиям акустических технологий, позволяющий создавать промышленные установки различного назначения. На конструкцию этого механизма получены патенты РФ № 1734886 от 27.06.88 г. и № 2024336 от 24.06.91 г., а на базе мультипликатора создано семейство гидроволновых установок «Кавитон», предназначенных для промывки деталей машин перед сборкой, при производстве ремонтных работ и другие. Типовая схема таких установок показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема кавитационной установки

Очищаемые детали 4 размещают в рабочей зоне ванны 1 , включают привод 3 , который сообщает активатору линейные перемещениями на частоте эффективного резонанса, и производят промывку. Настройку на резонанс осуществляют путем плавного изменения частоты вращения привода, связанного с частотным мультипликатором, обеспечивающим получение мощного кавитационного факела в рабочей зоне ванны. В установке, показанной на рис. 1, при размерах камеры ∅ =300 мм, L=1100 мм освоена промывка наиболее ответственных деталей газотурбинных авиадвигателей в Самарском научно-техническом комплексе имени акад. НД. Кузнецова: подшипников роторов, топливной, гидравлической аппаратуры и др. (всего 28 наименований).

На фотографии рис. 2 приведена установка «Кавитон-Ф», предназначенная для промывки масляных авиационных фильтров. Эта установка поставлена в «Уренгойгазпром» для обслуживания авиадвигателей наземного применения. После промывки характеристики фильтров не отличаются от характеристик новых, не работавших фильтров. Один из вариантов ГВУ «Кавитон-Э/Д» предназначен для промывки роторов генераторов коллекторных электродвигателей, потерявших работоспособность из-за загрязнения. После промывки роторов полностью прекращается электропроводность изоляции и восстанавливается их работоспособность.

Рис. 2. Установка для промывки масляных фильтров

Рис. 3. Фото установки для переработки нефтяных шламов

Важно подчеркнуть, что рабочей жидкостью установок «Кавитон» является техническая вода без каких-либо химреактивов. В стационарных условиях вода очищается и используется повторно, что обеспечивает экологическую чистоту этого процесса. Один из вариантов установок предназначен для переработки застарелых нефтяных шламов (рис. 3). Работы проводились совместно с НГДУ «Сергиевск-нефть» ОАО «Самаранефтегаз» и предназначены для очистки амбаров в нефтедобывающих районах области и страны.

Представляет также интерес разработка способа, при котором кавитация создается в струях моющей жидкости, что особенно важно для очистки поверхностей крупногабаритных изделий (рис. 4-6). Пример установки с возбуждением кавитации в струях моющей жидкости приведен на рис. 4 и 5. Устройство на рис. 4 содержит две струйно-кавитационных головки – 1 и 2 , расположенных встречно на лотке в рабочей позиции промываемых подшипников 3 . Каждая головка содержит по четыре сопла 4 , в которых установлены завихрители – кавита-торы потока эмульсии. В завихрителях– кавитаторах 5 зарождается гидродинамическая кавитация от скоростного потока эмульсии (параметры завихрителей – ноу-хау авторов). На входе форсунки содержится сопло Ловаля, а на выходе – конусные участки.

Рис. 4. Струйно-кавитационное устройство: 1, 2– струйно-кавитационные головки; 3 – промываемый подшипник; 4 – сопла; 5 – кавитатор

При работе двух струйных блоков в подшипнике качения под действием струй эмульсии ролики подшипника получают дополнительное вращение, что способствует лучшему эффекту промывки (см. рис. 5). Сборку и монтаж составных частей устройства производят в соответствии с рабочим проектом. Струйнокавитационное устройство встраивается в моечную машину МСП–01 без внесения конструктивных изменений и без перенастройки ее основной (нештатной) схемы; при этом обеспечивается улучшение технических и качественных показателей. Проектирование выше проведенных установок проводилось на базе исследования акустических процессов.

в

Рис. 5. Способ вращения промывочного подшипника: 1 – подшипник; 2 – кавитатор; в – эксцентриситет подачи струй

Авторами разработаны форсунки [2-4], в которых кавитация создается при пульсации давления внутри струй моющей жидкости. Форсунки апробированы, в частности, для промывки деталей особо точных приборных подшипников, а также при производстве длинномерных цилиндров шасси самолетов. Разработка содержит две основные компоненты: первая – создание форсунок, обеспечивающих необходимый уровень кавитации – достаточный для обеспечения качества промывки. Метод контроля качества – микроскопический осмотр х 32 поверхностей - не допускает наличие частиц загрязнений в углублениях микронеровностей (порядка долей микрометра). На рис. 6 приведена схема струйнокавитационной промывки деталей приборных подшипников, а на рис. 7 – схема форсунки, создающей кавитацию моющей жидкости. Приведенные технические решения прошли апробацию в производственных условиях.

Рис. 6. Схема промывки мелкоразмерных деталей приборных подшипников: 1 – вращающийся барабан, несущий кассеты 2 с деталями подшипников; 3 – моющие форсунки

Рис. 7. Схема форсунки:

1 – завихритель струи; 2 – упругий пульсатор